南盘江盆地石炭系沉积体系及页岩气有利区带

辛云路，王劲铸，金春爽

(中国地质调查局 油气资源调查中心，北京 100083)

0 引 言

图1 南盘江盆地区域构造-地层格架及矿点分布Fig.1 Tectonic stratigraphic framework and the distribution of deposits of the Nanpanjiang Basin1.省会城市; 2.市; 3.县; 4.省界; 5.隆起边界; 6.海岸线; 7.主要断层; 8.盆内断层; 9.古油藏; 10.金矿; 11.锑矿; 12.汞矿; 13.锰矿; 14.隆起区(出露下古生界及以老地层); 15.上古生界出露区; 16.中生界出露区；区域构造-地层格架据1∶50万地质图简化；矿点分布据文献[21-28]编绘

南盘江盆地，也称右江盆地，或右江印支地槽褶皱带[1]，位于滇黔桂三省交界处的南盘江—右江流域。构造上位于扬子板块西南部，是华南重要的含油气盆地之一[2-6]。盆地西部以弥勒—师宗断裂与康滇隆起相隔，北部以垭紫罗(垭都—紫云—罗甸)断裂与滇东—黔中隆起相接，西南部以马关隆起为限，东南部及东部以大瑶山隆起为限[7-9]。盆地东西长约660 km，南北宽约220 km，面积超过10×104km2(图1)。

南盘江盆地的地层大致可以分为4套：震旦系至志留系、泥盆系至中三叠统、上三叠统至白垩系、古近系至第四系。震旦系至志留系为南盘江盆地的基底，为海相沉积。泥盆系至中三叠统是南盘江盆地充填主体，以海相沉积为主，岩性组合复杂。中新生界分布较为局限，为陆相沉积[10-18]。

南盘江盆地发育于扬子板块和华夏板块加里东期软碰撞形成的拼接基底之上，晚古生代以来，盆地经历了复杂的演化过程[18-20]。在盆地发展演化过程中，形成了丰富的油气及固体矿产(图1)，已发现了众多古油藏和残余油气藏(紫云石头寨、隆林安然、册亨板街、望谟岜赖、贞丰百层)及大量Au、Sb、Hg、As、Pb、Zn等低温热液矿床[21-24]，以及沉积锰矿[25-28]。由于南盘江盆地特殊的构造位置、复杂的发展演化历程、丰富的资源类型，长期以来一直是地学界和产业部门关注的对象，众多学者对南盘江盆地进行过研究，在盆地基底及地层层序、构造格局及构造演化、沉积演化、油气成藏条件、固体矿产分布及成矿模式等方面取得许多重要认识。但有关页岩气有利区预测及针对性的全盆地沉积体系研究的成果鲜见报道，前人有关沉积体系的研究成果主要是剖面的[9]和盆地内局部地区的[11-13]，全盆地范围的沉积体系研究成果是概略性的[7,10]，难以满足南盘江盆地页岩气调查选区。

页岩气勘探和开发研究最早始于美国(1821年)。美国已在20多个盆地和地区开展页岩气勘探，可采资源量为15×1012～30×1012m3之间[29]。2009年，美国页岩气产量占天然气年产总量的13%～15%，页岩气使美国的天然气储量增加了40%，年产页岩气量超过1 000×108m3；2011年，美国页岩气的产量达到1 800×108m3左右[30]。 我国天然气需求快速增长，2020年我国天然气消费将达到2 000×108m3以上，而预期天然气产量为1 200×108m3，供需差距在800×108m3以上[31]。为解决这一供需矛盾，保证我国能源安全，迫切需要加快页岩气的勘探和开发。

页岩气赋存于泥页岩占优势的沉积岩层系，主要为深水沉积发育区。南盘江盆地石炭纪深水沉积区分布较为广泛，本文综合利用重点剖面实测资料、最新区域地质调查资料，结合公开发表的成果，系统研究了南盘江盆地石炭系沉积体系类型、特征及其分布规律，并基于深水相带的分布和埋藏条件，预测页岩气有利区，以期为南盘江盆地页岩气调查选区和相关研究提供参考。

1 南盘江盆地石炭系地层特征

南盘江盆地石炭系分布广泛，地层特征变化较大，不同地区地层群组命名不一(表1)。

1.1 下石炭统

黔南—桂北地区下石炭统自下而上命名为岩关组、大塘组、摆佐组。

岩关组：厚约276 m，自下而上分为革老河段和汤粑沟段。革老河段下部为深灰色石灰岩、泥质石灰岩；中、上部为灰黑色泥质石灰岩夹页岩。汤粑沟段为灰黑色石灰岩、泥质石灰岩，夹页岩及石英砂岩。产腕足类、珊瑚化石。有的学者将革老河段和汤粑沟段也称革老河组和汤粑沟组，并把革老河组归于上泥盆统[18]。

表1南盘江盆地及邻区石炭系地层对比

Table1CarboniferousstratigraphicchartoftheNanpanjiangBasinanditsadjacentareas

大塘组：自下而上分为祥摆段、旧司段和上司段。祥摆段主要为滨海相灰、灰黄、灰白色薄至中厚层石英砂岩与灰黑、黑、黄褐色砂质页岩及碳质页岩互层，夹1～4层煤线，产似层状或结核状菱铁矿和植物、腕足类、双壳类及海百合茎化石[32]。旧司段厚480 m，下部为灰黑至浅灰色细砂岩、泥质砂岩及泥页岩，夹4层薄层无烟煤，见黄铁矿及菱铁矿结核；上部为灰黑、深灰色泥质石灰岩、泥灰岩、石灰岩与页岩、燧石层互层，产珊瑚、腕足类化石。上司段厚253 m，深灰、灰黑色石灰岩、泥质石灰岩、瘤状石灰岩，夹少量紫红色、灰绿色页岩及浅灰色细砂岩，偶见白云岩。产腕足、珊瑚等化石。

黔南—桂北地区，下石炭统为海侵超覆型沉积。岩关组仅分布于滇东牛首山东南侧、黔西北及黔南等地，至摆佐组分布范围有所扩大。下石炭统与下伏泥盆系呈整合或假整合接触，靠近康滇古陆及上扬子古陆可超覆于前泥盆系之上。

桂北罗城—融安一带，下石炭统自下而上命名为尧云岭组、英塘组、黄金组、寺门组和罗城组。

尧云岭组：主要为深灰、灰黑色灰岩、泥质灰岩及生物灰岩，含燧石。在恭城附近为灰岩、白云岩；在环江古昌、罗城龙岸、柳城太平等地，下部有20～50 cm厚的灰色及灰黑色页岩；在合浦闸口—公馆一带，底部有14 m厚泥岩，其上为薄层灰岩、棘屑灰岩及泥质灰岩。产有孔虫、腕足类、珊瑚等化石。

英塘组：在桂北大部分地区，下部砂页岩分布广泛，最厚达500 m以上。往东至永福一带，砂岩消失，主要为泥岩及泥灰岩。至桂林、恭城一带，英塘组全部由灰岩组成，桂林地区英塘组夹有白云岩。化石主要为珊瑚、腕足类和少量有孔虫、苔藓虫、双壳类等。

黄金组：主要是一套深灰色灰岩，常夹有燧石团块。在罗城天水、黄金地区，黄金组下部为细砂岩、泥岩夹泥质灰岩和泥灰岩，上部以灰岩为主，夹少量泥岩及泥灰岩。柳城太平一带，黄金组主要为灰黑色中—厚层灰岩夹硅质灰岩及燧石团块，含丰富的丛状复体珊瑚。在柳州地区，黄金组分为上下两段：下段厚108 m，下部为深灰色薄—中层硅质灰岩夹灰质硅质岩，上部为灰色中层含生物屑硅质条带灰岩；上段厚54 m，主要为灰色厚层—块状粉晶介壳、棘屑灰岩夹硅质灰岩，常含硅质条带或结核。在桂林、全州、钟山一带，黄金组可分为3部分：上部为灰、深灰色厚层及中厚层灰岩，局部含燧石结核，或夹硅质页岩；中部为灰色中厚层及薄层灰岩与泥质灰岩互层，灰岩含燧石结核；下部为灰、深灰、褐灰色厚层灰岩，夹燧石结核及条带。黄金组底部见钙质页岩和泥质灰岩，厚度变化较大(2～1 103 m)。黄金组生物较为丰富，珊瑚、牙形刺、有孔虫、腕足类等较多，有海百合茎、腹足类、介形虫等化石。

寺门组：主要分布于桂北、桂中地区。以砂岩、页岩为主，夹泥灰岩、泥质灰片和少量硅质页岩、硅质岩和煤层。泥岩和粉砂岩中富含植物和孢子化石，而灰岩中含珊瑚、腕足类、牙形刺及有孔虫化石，属韦宪晚期。

在黔东南郎岱—罗甸地区，下石炭统称林群群，为深灰、黑色页岩、放射虫硅质岩与石灰岩互层，厚度减薄。

桂南钦州—灵山一带，下石炭统称石夹群，以深灰色硅质岩、页岩为主，夹石灰岩。

在桂北南丹—鹿寨一带，下石炭统自下而上命名为鹿寨组、巴平组。

鹿寨组主要为深灰色薄层硅质岩、硅质泥岩、粉砂质泥岩、泥岩、海百合碎屑灰岩、泥晶灰岩、碳质页岩和砂岩等。主要有介形类、菊石、牙形刺和薄壳腕足类等早石炭世生物化石。

桂中平果—都安一带，下石炭统自下而上命名为隆安组、都安组。

隆安组：上部以深灰色中至厚层生物屑灰岩及粉晶灰岩为主；中部深灰至黑灰色粉晶灰岩及棘屑灰岩，或夹白云质灰岩及白云岩；下部以黑灰色薄层似扁豆状、条带状灰岩为主，底部常有灰黑色薄层灰岩。含杜内阶珊瑚、牙形刺、有孔虫化石。

1.2 上石炭统

黔南—桂北地区，上石炭统自下而上分为滑石板组、达拉组和马平组。

滑石板组：浅灰、灰白色与深灰、灰黑色石灰岩、结晶石灰岩，顶部及下部含白云质团块或夹白云岩。产腕足和菊石等化石。厚约545 m。

桂北罗城、融安地区，上石炭统自下而上划分为大埔组、黄龙组和马平组。

在钦州—灵山一带上石炭统称板城组，为灰黄色、灰白色、灰红色及褐灰色硅质岩、含泥硅质岩、硅质泥岩及泥岩，夹放射虫硅质岩、硅质页岩及含锰硅质岩等。产放射虫、牙形刺、双壳等化石。

在黔东南郎岱—罗甸地区上石炭统称小浪风关群。小浪风关群为灰、深灰至灰黑色中厚层至厚层灰岩，富含燧石结核、团块或条带，偶夹薄层硅质岩，与南丹一带的南丹组较为相似。

2 石炭系沉积体系类型及特征

南盘江盆地石炭系识别出8种沉积体系，分别是三角洲—陆源碎屑滨岸、滨海沼泽、陆源碎屑陆架、局限海台地、开阔海台地、台地边缘、陆源碎屑陆坡、深水盆地。

2.1 三角洲—陆源碎屑滨岸相

三角洲—陆源碎屑滨岸相主要发育在早石炭世，以砂岩发育为特色。在广西罗城县天水下石炭统剖面上，英塘组下段第3层为23 m的灰黄色细粒石英砂岩和第4层26 m的灰黑色泥岩与细砂岩互层(图2)，是陆源碎屑滨岸相沉积记录。在露头剖面上，可区分三角洲和陆源碎屑滨岸相，但平面上，现有资料难以确定二者界线，故合并为一个相带。

总体上看，下石炭统的三角洲—陆源碎屑滨岸体系主要是陆源碎屑滨岸相。其岩石组合以灰—灰黑色泥岩、砂质泥岩、浅色薄层—中层状细粒石英砂岩为主，夹少许硅质岩、泥质灰岩、含燧石灰岩团块，局部夹少量白云质灰岩、砂质灰岩等。最大厚度约900 m。砂岩分选较好，以波纹层理为主，见冲洗交错层理(图3)。

图2 广西罗城县天水下石炭统剖面沉积体系分析柱状图(据文献[33]和实测资料编绘)Fig.2 Histogram of Lower Carboniferous sedimentary systems analysis in Tianshui of Luocheng County, Guangxi

2.2 滨海沼泽相

滨海沼泽相主要沿江南古陆边缘分布，大塘组中部和岩关组上部较为发育。煤层主要形成于平均高潮线之上的后滨地带。厚度几十米至近千米。泥岩以水平层理为主。砂岩一般分选较好，有交错层理。古生物化石以植物为主，次为腕足类、珊瑚等。

滨海沼泽相的岩石组合大体上有如下4类: ①深灰、灰黑色页岩、碳质页岩夹砂质页岩、硅质页岩、硅质岩、薄层细砂岩、煤层等；②碳质页岩夹砂质页岩、细砂岩、泥灰岩、粉—泥晶灰岩、白云岩；③浅色细砂岩夹页岩、少许碳质页岩、薄煤层及砾岩；④泥质灰岩与硅质岩、硅质页岩互层，夹碳质页岩、煤线、薄煤层。

图2中寺门组(第14层)即为滨海沼泽相，其厚度54 m，上部灰黑色薄层泥岩、碳质泥岩夹薄层粉砂质泥岩，夹3层无烟煤(单层厚0.4 ～0.8 m)，煤中含较多黄铁矿结核。下部灰黑色泥岩、碳质泥岩夹薄层粉砂岩、泥质粉砂岩。含植物化石，底部夹少量薄层泥质灰岩及透镜体。

2.3 陆源碎屑陆架相

陆源碎屑陆架相处于浪基面之下，主要受风暴浪、潮流、洋流的影响，沉积物以泥质岩占绝对优势，夹细砂岩和粉砂岩。图2中黄金组底部(第7层)含硅质团块、丰富生物碎屑化石的细砂岩和中下部(第9、10层)含生物碎屑化石泥岩和钙质粉砂岩即为陆源碎屑陆架的沉积记录。

图3 广西桂平县峡湾大塘组底部砂质灰岩发育的冲洗交错层理Fig.3 Swash cross bedding of the sandy limestone at the bottom of Datang Formation, Guiping County, Guangxi

2.4 局限台地相

如果局限台地与隆起剥蚀区被深水区分隔，也称为孤立局限台地。

2.5 开阔台地相

2.6 台地边缘相

台地边缘相处于开阔台地与深水盆地之间。可区分为台地边缘滩相、台地边缘礁相和台缘斜坡相，以台地边缘滩相最为发育，台地边缘礁相最为少见。

2.7 碎屑陆坡相

碎屑陆坡相处于碎屑陆棚与深水盆地之间。岩性以泥质岩为主，以滑塌及其他重力流成因的分选较差的砂岩、粉砂岩为特色。可夹有硅质岩。见大量浮游生物化石。

2.8 深海相

深海相指深水盆地，包括残留洋盆和新形成的深水裂陷。其共同特征是泥岩、页岩和硅质岩发育。

3 石炭系沉积体系分布特征

为查明石炭系沉积体系平面分布特征，以重点剖面为控制点，以地层学及沉积学最新理论为指导，以地质志分省区沉积体系平面图[11-13, 33]为基础，结合最新区域地质调查资料，参考区域概略性岩相古地理研究成果[7,10,35]，编绘了下石炭统和上石炭统沉积体系平面图，展现了石炭纪不同时期沉积体系分布特征。

图4 广西柳州市桥头村上石炭统剖面沉积体系分析柱状图(据文献[33]和实测资料编绘)Fig.4 Histogram of Upper Carboniferous sedimentary system analysis at Qiaotou Village of Liuzhou, Guangxi

石炭纪时期，南盘江盆地总体上陆源碎屑供应较弱，陆源碎屑沉积体系主要发育于石炭纪早期，整个石炭纪以内源沉积占优势(图5、图6)。

3.1 下石炭统沉积体系分布特征

下石炭统，南盘江盆地北部有江南古陆，东南有云开古陆，西部有康滇古陆，西南有马关隆起等陆地。这些陆地剥蚀区中以云开古陆陆源碎屑供应最为充分，在其周缘，下石炭统以三角洲—陆源碎屑滨岸相占相对优势；其次是江南古陆，在其南缘的融水地区陆源碎屑滨岸相占相对优势，但江南古陆南缘的中东部以滨海沼泽相占相对优势。南盘江盆地的西北、西、西南缘为较为广阔的局限台地相，北缘中东部，局限台地相相对狭窄。深水沉积区广泛分布于钦州—玉林、象州—南丹、紫云—罗平、广南—百色、靖西—上林地区，并相互连通。深水沉积区的西南、西和西北侧，与局限台地相之间依次发育台地边缘相和开阔台地相，主要同沉积断裂发育部位，台地边缘相或碎屑陆坡相极其狭窄。北部东侧，深水沉积区与局限台地相之间为开阔台地相。东部深水沉积区东侧为陆源碎屑陆架相。东南部，深水沉积区与三角洲—陆源碎屑滨岸相之间依次以碎屑陆坡相和陆源碎屑陆架相占优势(图5)。

图5 南盘江盆地下石炭统沉积体系平面图Fig.5 Sedimentary system distribution of the Lower Carboniferous in the Nanpanjiang Basin1.省会城市; 2.市; 3.县; 4.省界; 5.主要同沉积断裂及倾向; 6.海岸线; 7.地层缺失线; 8.相带分界线; 9.隆起区; 10.三角洲-碎屑滨岸; 11.陆架; 12.陆坡; 13.局限台地; 14.开阔台地; 15.台地边缘; 16. 深海; 17.滨海沼泽

3.2 上石炭统沉积体系分布特征

上石炭统，南盘江盆地周缘的古陆暴露范围有所缩小。整个南盘江盆地陆源碎屑供应较少，古陆暴露区边缘以局限台地相占优势，盆地东西两侧局限台地相较为宽阔，江南古陆南缘和云开古陆西北缘局限台地相较狭窄。深水沉积区分隔性分布于钦州—玉林、河池—晴隆—隆林—广南—百色—那坡—天等地区。钦州—玉林深水沉积区周缘为台地边缘相，台地边缘相与局限台地相之间发育开阔台地相。河池—晴隆—隆林—广南—百色—那坡—天等深水沉积区受主要同沉积断裂的控制，台地边缘相普遍狭窄，仅那坡西侧台地边缘相较为宽阔。台地边缘相与局限台地相之间主要为广泛的开阔台地相(图6)。

4 南盘江盆地石炭系页岩气有利区预测

沉积盆地中页岩气赋存层段常为水流微弱或停滞缺氧的还原环境沉积物，即多为深水环境沉积物。加拿大西部沉积盆地泥盆系—密西西比系Bakken 和Exshaw 段黑色页岩来源于深水(大于200 m) 半深海—深海沉积[36-37]。Appalachian 盆地中部泥盆系—密西西比系页岩是前陆盆地局限深水环境的产物。晚泥盆世—早石炭世时期发生大规模海侵，Appalachian 海处于耗氧状态，形成New York组几百米厚的黑色页岩[38-39]。Fort Worth 盆地Barnett 组富有机质黑色页岩主要为半远洋软泥和生物骨架残骸，属于静水深斜坡—盆地相[40]。可见深水沉积区是页岩气勘探的有利区。

图6 南盘江盆地及邻区晚石炭世沉积体系平面图Fig.6 Sedimentary system distribution of the Upper Carboniferous in the Nanpanjiang Basin1.省会城市; 2.市; 3.县; 4.省界; 5.主要同沉积断裂及倾向; 6.海岸线; 7.地层缺失线; 8.相带分界线; 9.隆起区; 10.三角洲-碎屑滨岸; 11.陆架; 12.陆坡; 13.局限台地; 14.开阔台地; 15.台地边缘; 16.深海; 17.滨海沼泽

图7 南盘江盆地石炭系页岩气有利区预测平面图Fig.7 Predictive favorable areas of shale gas of the Carboniferous in the Nanpanjiang Basin1.省会城市; 2.市; 3.县; 4.省界; 5.海岸线; 6.上石炭统深水沉积区边界; 7.下石炭统深水沉积区边界; 8.上石炭统深水沉积分布区; 9.下石炭统深水沉积分布区; 10.上古生界出露区

南盘江盆地下石炭统，深水沉积物广泛分布于钦州—玉林、象州—南丹、紫云—罗平、广南—百色、靖西—上林地区，并相互连通。而上石炭统，深水沉积物分隔性分布于钦州—玉林、河池—晴隆—隆林—广南—百色—那坡—天等地区。通过编绘早、晚石炭世深水沉积区与上古生界出露区叠合图，预测了南盘江盆地石炭系页岩气有利区(图7)。由图7可见，黔西南的晴隆—隆林—罗甸地区，桂北及桂西地区的南丹—河池、田林—田阳、东兴—浦北等地，下、上石炭统均主要为深水沉积，大部分地区被中生界覆盖，埋藏深度大。但南丹—河池、罗甸西、柳城—鹿寨—平乐地区、象州—武宣—桂平等地区上古生界出露地表，石炭系埋藏浅，是寻找石炭系页岩气最为有利的地区。

根据上述页岩气有利区预测成果，笔者所在的科研团队在广西北部南丹—河池页岩气有利区实测了5条(龙谷、拉盘、切学、吾隘—丹炉、班老)露头剖面，系统采集了石炭系鹿寨组样品，并进行系统的测试、分析。

龙谷剖面采集样品14件，TOC含量最低为0.34%，最高为8.80%，平均值为3.18%，高于1%的12件，占85.7%，厚度约为155.9 m，高于2.0%的8件，占57.1%，厚度约为97.8 m，镜质体反射率Ro为3.13%～4.18%，平均为3.86%，脆性矿物含量38.6%～70.0%，黏土矿物含量26.4%～43.1%，主要由伊利石及伊/蒙混层组成，分布占总量的41%～58%及42%～57%，干酪根类型以Ⅱ2型为主，下部为Ⅰ型。

拉盘剖面采集样品11件，TOC含量最低为0.37%，最高为5.16%，平均值为3.03%，高于1%的9件，占81.8%，厚度约169.8 m，高于2.0%的8件，占72.7%，厚度约为139.3 m，镜质体反射率Ro为2.29%～2.92%，平均值为2.62%，脆性矿物含量75%～77%，黏土矿物含量20%～21%，黏土矿物主要由伊利石及伊/蒙混层组成，分别占总量的78%～80%及17%～19%，干酪根类型为Ⅱ1型。

切学剖面采集样品4件，TOC含量最低为0.29%，最高为2.36%，平均值为1.67%，高于2.0%的3件，占75%，厚度约103.5 m。

吾隘—丹炉剖面采集样品5件，TOC含量最低为0.45%，最高为4.37%，平均值为1.79%。

班老鹿寨组剖面采集样品10件，TOC含量最低为0.17%，最高为8.73%，平均值为3.70%。

上述不同剖面样品分析数据表明，广西北部南丹—河池地区石炭系鹿寨组地层有机质含量较高、演化程度适中、脆性矿物含量较高、干酪根类型较好，证实了该区确实具有相当的页岩气勘探开发前景。

5 结 论

(1)南盘江盆地石炭系主要发育三角洲—陆源碎屑滨岸、滨海沼泽、陆源碎屑陆架、局限海台地、开阔海台地、台地边缘、陆源碎屑陆坡、深海8种沉积体系。

(2)下石炭统，碎屑滨岸和滨海沼泽相发育于隆起边缘，盆地主体为局限台地—开阔台地—孤立台地—台地边缘—深海的沉积古地理格局，深水沉积区广泛分布于钦州—玉林、象州—南丹、紫云—罗平、广南—百色、靖西—上林等地区。上石炭统，古陆暴露区边缘以局限台地相占优势，盆地东西两侧局限台地相较为宽阔，江南古陆南缘和云开古陆西北缘局限台地相较狭窄。深水沉积区分隔性分布于钦州—玉林、河池—晴隆—隆林—广南—百色—那坡—天等地区。

(3)页岩气赋存层段多为深水沉积物。南盘江盆地下、上石炭统深水沉积发育区为寻找页岩气的有利地区。其中，南丹—河池、罗甸西、柳城—鹿寨—平乐地区、象州—武宣—桂平等地区上古生界出露地表，石炭系埋藏浅，是寻找石炭系页岩气最为有利的地区。南丹—河池有利区已被近期的研究工作进一步证实。

致谢:研究过程中得到中国地质调查局油气资源调查中心有关领导和专家、广西和贵州地质部门及相关同行、中国地质大学(北京)相关老师的帮助和指导；研究过程中查阅和引用了大量前人研究成果，在此一并致谢。